降水现象仪观测规范

1、附件1降水现象仪观测规范（试行）中国气象局综合观测司2017年5月前 言降水现象仪观测规范分为六章，包括：总则、结构与原理、安装与调试、设备校准、日常工作、数据文件等。编写组依据气象仪器和观测方法指南（第七版）、地面气象观测规范（2003年）、降水现象仪功能规格需求书（试行版）、地面气象观测场规范化图册等相关技术文件，在总结降水现象观测自动化试点工作经验基础上编写完成。本规范主要适用于以雨滴谱测量原理的观测设备开展降水现象的自动观测业务，今后随着观测业务的发展，可在此基础上修订。本规范由中国气象局综合观测司组织编写，主要编写人员有：张鑫、李颖冲、李斐斐、伍永学、宋树礼、郭义涛、邵楠、雷勇。中国

2、气象局综合观测司二一七年五月目 录前 言I目 录II第1章 总则41.1 目的和适用范围41.2观测场地41.3仪器布设41.4 时制和日界51.5 传感器要求5第2章 结构与原理52.1结构52.1.1降水现象传感器62.1.2数据采集单元62.1.3供电控制单元62.1.4附件62.2 原理62.3 技术性能7第3章 安装与调试73.1安装高度与方向73.2线路连接73.3 安装基础73.4 防雷要求83.5 调试与维护83.5.1调试83.5.2维护9第4章 设备校准114.1校准设备114.2校准环境条件124.3校准点124.4校准流程124.4.1外观检查124.4.2降水粒子直径

3、和下降速度校准124.5校准周期13第5章 日常工作13第6章 数据文件146.1分钟降水现象数据文件146.1.1文件名146.1.2文件形成146.1.3文件内容156.2分钟降水现象状态信息文件166.2.1文件名166.2.2文件形成176.2.3文件内容176.3雨滴谱数据文件196.3.1文件名196.3.2文件形成196.3.3文件内容2021第1章 总则天气现象观测是地面气象观测的主要项目之一，降水现象是天气现象的重要组成部分，利用雨滴谱测量原理的光学观测设备开展降水现象观测和雨滴图谱观测，能够有效提高降水现象观测自动化程度，减轻观测人员工作量，为气象预报和服务提供更多有价值的

4、气象信息。1.1 目的和适用范围制定降水现象仪观测规范，有利于推进我国天气现象自动化观测进程，丰富降水现象观测方法，满足气象业务、气象服务和科学研究的需求。本规范适用于雨滴谱测量原理的光学观测设备开展降水现象和雨滴图谱的自动观测业务。本规范是地面气象观测规范（2003版）的必要补充，在观测工作中应严格遵守。1.2观测场地降水现象仪应安装在对周围天气状况最具代表性的地点，不受干扰光学测量的遮挡物和反射表面的影响，远离大型建筑物，远离产生热量及妨碍降雨的设施，避免闪烁光源、树阴、污染源的影响。1.3仪器布设安装在台站地面观测场内的降水现象仪，应符合地面气象观测规范（2003版）关于观测场仪器布局的

5、原则，可参考地面气象观测场规范化建设图册中的要求，布设在观测场西北角，具体位置参考图1。图1 降水现象仪布设位置示意图1.4 时制和日界观测时制为北京时，以20时为日界。1.5 传感器要求应具有国务院气象主管机构颁发的气象专用技术装备使用许可证。第2章 结构与原理2.1结构降水现象仪主要由传感器、数据采集单元、供电控制单元、附件等部分组成。降水现象仪外观示意如图2。 图2 降水现象仪外观示意图2.1.1降水现象传感器传感器包括激光发射和接收装置、控制处理装置、温控装置等。2.1.2数据采集单元数据采集单元负责处理采样的降水粒子大小、速度、数量等信息，对采样样本进行数据质量控制、数据运算处理，输

6、出降水现象类型、雨滴图谱、仪器工作状态等信息。2.1.3供电控制单元降水现象仪采用直流 12V供电，应配蓄电池。供电控制单元将交流电源或辅助电源（太阳能、风能等）进行转换，并为蓄电池充电。2.1.4附件降水现象仪附件包括：安装座、立柱、基础预埋件等。2.2 原理不同降水现象的降水粒子，因其物理特性的差异，在直径和下落末速度的分布上有各自对应关系。雨滴谱测量原理的降水现象仪根据降水粒子对激光信号的衰减影响程度，检测降水粒子的直径和下落末速度，确定降水粒子的图谱分布，输出降水现象类型。2.3 技术性能降水现象识别类型为：毛毛雨、雨、雪、雨夹雪、冰雹。降水现象类型识别准确率：降水强度大于0.1mm/

7、h的降水现象类型，识别准确率不小于90%。第3章 安装与调试3.1安装高度与方向立柱牢固安装在混凝土基础上。采样区域中心距地高度200cm（10cm）。传感器南北向安装，接收端在南侧，发射端在北侧，支架（横臂）应水平。3.2线路连接电力线和信号线布设应符合地面气象观测场规范化建设图册的要求。信号线采用RS-485/RS-232方式与综合集成硬件控制器连接。3.3 安装基础基础预埋件用混凝土浇筑，其地脚螺栓顶部高出混凝土表面约35mm。基础大小为400mm（长）400mm（宽）600mm（深），埋入地下550mm，高出地面50mm，外露面平整光洁。基础中央预埋入50mm的PVC 穿线管（管内预留

8、铁丝），从水泥基础的底部通向地沟。基础剖面见图3。图3 降水现象仪基础剖面图3.4 防雷要求接地端子用16mm2的接地线就近接入观测场地网，接地电阻应4。3.5 调试与维护3.5.1调试降水现象仪安装完成后，使用台站地面综合观测业务软件（ISOS）或串口工具联调测试。通信参数：波特率9600、奇偶校验位N、数据位8、停止位1。在发射端和接收端之间连续喷水，依次发送指令readdata和readmdata，检查命令返回内容是否正常，返回内容的格式见3.5.2节。3.5.2维护1.终端命令终端命令用于设备和终端软件之间进行通信，其中：readdata：实时读取观测和设备数据命令，输出降水现象观测要

9、素和设备状态要素；readmdata：实时读取雨滴图谱数据命令，输出雨滴图谱要素。2.数据帧格式实时观测要素、状态要素、图谱要素采用帧格式输出，如表3-1。表3-1降水现象仪数据帧格式起始标识BG数据包头区站号服务类型设备标识位设备ID观测时间帧标识观测要素变量数设备状态变量数6位字符2位数字YWDP3位数字14位数字3位数字4位数字2位数字数据主体观测数据和质量控制状态信息要素变量名1要素变量值1要素变量名m要素变量值m质量控制位状态变量名1状态变量值1状态变量名n状态变量值n校验码4位数字结束标识ED例：在通信终端输入readdata命令，返回值如下：BG,858361,00, YWDP,

10、100,20170527000300,001,0001,01,ANA,03,0,z,0,3312,ED表示58361站2017年5月27日00时03分（北京时）的观测要素数据，降水现象类型为毛毛雨。3.观测要素和图谱要素编码降水现象仪实时观测数据包括降水现象数据和雨滴图谱数据，其中观测要素和图谱要素编码，如表3-2。表3-2降水现象仪观测要素和图谱要素编码要素标识要素编码单位字长（Byte）观测要素：降水现象（ANA）ANA00:未知类型的降水,01:雨,02:阵雨,03:毛毛雨,04:雪,05:阵雪,06:雨夹雪,07:阵性雨夹雪,08:冰雹-2图谱要素：雨滴图谱（ANU）ANU000100

11、009999个4ANU000200009999个4ANU000300009999个4ANU102300009999个4ANU102400009999个4说明：降水现象要素采用枚举型输出现象类型，用独立的要素编码表示。4.状态要素编码实时状态要素包括设备自检、电源类状态、工作温度类状态、加热部件工作状态、窗口污染类工作状态等内容，如表3-3。电压值、电流值、温度值保留小数1位，扩大10倍存入，高位不足补0。设备状态码见表3-3。表3-3降水现象仪状态要素编码序号状态要素标识状态要素名称字长（Byte）1.z设备自检状态12.xA外接电源（独立设备或主采集器不需要后缀）13.xD蓄电池电压状态14

12、.xDV蓄电池电压值35.xEAC-DC电压状态16.xEVAC-DC电压值37.xH设备/主采工作电压状态18.xHV设备/主采工作电压值39.xI太阳能电池板状态110.xIV太阳能电池板电压值311.xJ降水传感器加热电流状态112.xJV降水传感器加热电流值213.xK降水传感器电压状态114.xKV降水传感器电压值315.wA设备/主采主板环境温度状态116.wAV设备/主采主板环境温度值417.wF_B降水传感器温度状态118.wF_BV降水传感器温度值419.wF_C降水现象仪环境温度状态120.wF_CV降水现象仪环境温度值421.wE机箱温度状态122.wEV机箱温度值423

13、.vA传感器加热124.sA窗口污染情况125.rI采集器运行状态126.rJAD状态1第4章 设备校准4.1校准设备校准设备采用转盘式降水粒子模拟器。转盘式降水粒子模拟器：在匀速转动的透明转盘上粘贴不同尺寸的圆形不透光遮挡物，采用步进电机驱动转盘匀速转动，穿过被测降水现象仪的激光检测区。利用不同尺寸的遮挡物模拟不同尺寸的降水粒子，不透光遮挡物中心处转盘的线速度即为该模拟粒子下落的末速度。4.2校准环境条件气温：1030；相对湿度：80%。4.3校准点根据降水现象仪技术指标选择校准点，一般选择上限点、中间点、下限点共3个。根据所处的地理位置、气象要素极限值选择相应的校准点。一般在出厂测试时，选

14、择降水粒子直径的校准点为 2mm、5mm、10mm、15mm，降水粒子速度的校准点为1.0m/s、1.5 m/s、2.0m/s、5.0 m/s。4.4校准流程4.4.1外观检查采用目测法检查设备外观，包括以下内容：1.型号、出厂编号、制造商等标志应清晰可辨；2.金属件无锈蚀和其他机械损伤；3.传感器连接线、通信线、电源线接插件连接可靠。4.4.2降水粒子直径和下降速度校准采用降水粒子模拟器模拟特定大小的粒子下落，对降水现象仪的降水粒子直径和降水粒子下落速度的准确性进行校准。对选取的不同降水粒子直径进行测试（一般为出厂测试校准点），每个测试点均在同一线速度下进行试验，测试时间为1min。读取降水

15、现象仪检测的粒子平均直径，根据降水粒子直径分级规则查得对应的粒子直径级别，与相应的测试点粒子直径级别相比，最大允许误差1级；对选取的不同降水粒子速度进行测试（一般为出厂测试校准点），每个测试点均采用同一直径模拟粒子进行试验，试验时间为1min。读取降水现象仪检测的粒子平均速度，根据降水粒子下落速度分级规则查得对应的粒子下落速度级别，与相应的测试点粒子速度级别相比，最大允许误差1级。4.5校准周期首次使用1个半月后应现场校准一次。每年应现场校准一次。第5章 日常工作在业务运行中，应做好日常巡视、维护工作。1.发现数据错误或异常应及时处理，查明原因，开展维护或维修工作。2.每日日出后和日落前巡视，

16、发现降水现象仪（尤其是采样区）有蜘蛛网、鸟窝、灰尘、树枝、树叶等影响数据采集的杂物，应及时清理（可在基座、支架管内放置硫磺，预防蜘蛛）。3.每月检查供电设施，保证供电安全。定期更换蓄电池。4.每年春季对防雷设施进行全面检查，复测接地电阻。5.一般每三个月清洁激光发射和接收装置，用柔软不起毛的棉布或脱脂棉沾无水乙醇擦试窗口玻璃，注意不要划伤玻璃表面，如果窗口加热功能良好，其表面将很快变干；勿用其他物品清洁。可根据设备附近环境的情况，延长或缩短维护的时间间隔（遇沙尘、降雪等影响观测时，应及时清洁）。6.定期检查、维护的情况应记入值班日志中。对降水现象仪自动观测数据有影响的还要记入备注栏。7.无人化

17、值守台站按相关业务规定执行。第6章 数据文件降水现象仪输出的数据文件包括：分钟降水现象数据文件、分钟降水现象状态信息文件和雨滴谱数据文件。6.1分钟降水现象数据文件6.1.1文件名IIiii_weather_value_YYYYMMDD.txt，其中，IIiii为区站号；weather表示降水现象观测设备；value表示观测要素文件；YYYY为年份，MM为月份，DD为日期，月和日期不足两位时，前面补“0”，txt为固定编码，表示此文件为ASCII格式。6.1.2文件形成1.分钟降水现象数据文件每站日一个，采用定长的随机文件记录方式写入，每一条记录49 Byte，记录尾用回车换行结束，ASCII

18、字符写入，参数行每个要素值高位不足补空格。2.分钟降水现象数据文件第一次生成时应进行初始化，初始化的过程是：首先检测分钟降水现象数据文件是否存在，如无该日分钟降水现象数据文件，则生成该文件，要素位置一律存相应长度的“-”字符（即减号）。3.分钟降水现象数据文件按北京时计时，以北京时20时为日界。4.缺测要素值，每一位都用英文半角字符“/”填充；没有要素值（设备没有该项输出），每一位都用字符“-”表示。6.1.3文件内容1.分钟降水现象数据文件的第1条记录为本站当日基本参数，基本参数行格式见表6-1。表6-1 分钟降水现象数据文件基本参数行格式序号参数字长Byte序号参数字长Byte1.区站号6

19、8.气压传感器拔海高度52.年49.服务类型23.月210.设备标识位44.日211.设备ID35.经度812.保留16.纬度713.回车换行27.观测场拔海高度5注： 设备标识位：降水现象仪：YWDP；设备ID：用于区分同一个区站号中同类设备，ID从000开始顺序编号，有多个设备时，服务类型以ID为000的设备观测为准，当000出现故障时，使用001设备的数据，依此类推；保留位均用“-”填充。2.分钟降水现象数据文件每分钟为一条记录，每小时60条记录。记录号的计算方法：当H20时，N=（H-20）60+M+1；当H20时，N=（H+4）60+M+1。式中：N记录号；H北京时；M分钟。3.分钟

20、降水现象数据文件第1条后的每一条记录，存11个要素的分钟值和对应的数据质量控制标志，以ASCII字符写入，时间均为4 Byte，其后的降水现象位11 Byte，最后两位为回车换行符，各要素位长及排列顺序见表6-2。表6-2 分钟降水现象数据文件各要素位长及排列顺序序号要素名字长Byte序号要素名字长Byte1.时、分（北京时）44.保留222.降水现象115.数据质量控制标志113.未知降水现象16.回车换行2注：该降水现象未发生记为“0”；发生记为“1”；未识别记为“2”；缺测记为“/”；降水现象记录顺序：雨、阵雨、毛毛雨、雪、阵雪、雨夹雪、阵性雨夹雪、霰、米雪、冰粒、冰雹。6.2分钟降水现

21、象状态信息文件6.2.1文件名IIiii_weather_state_YYYYMMDD.txt，其中，IIiii为区站号；weather表示分钟降水现象观测设备；state表示状态信息文件；YYYY为年份，MM为月份，DD为日期，月和日期不足两位时，前面补“0”，txt为固定编码，表示此文件为ASCII格式。6.2.2文件形成1.分钟降水现象状态信息文件每站日一个，采用定长的随机文件记录方式写入，每一条记录65 Byte，记录尾用回车换行结束，ASCII字符写入，参数行每个要素值高位不足补空格。2.分钟降水现象状态信息文件第一次生成时应进行初始化，初始化的过程是：首先检测分钟降水现象状态信息文

22、件是否存在，如无该日分钟降水现象状态信息文件，则生成该文件，要素位置一律存相应长度的“-”字符（即减号）。3.分钟降水现象状态信息文件按北京时计时，以北京时20时为日界。6.2.3文件内容1.分钟降水现象状态信息文件的第1条记录为本站当日基本参数，基本参数行格式见表6-3。表6-3 分钟降水现象状态信息文件基本参数行格式序号参数字长Byte序号参数字长Byte1.区站号68.气压传感器拔海高度52.年49.服务类型23.月210.设备标识位44.日211.设备ID35.经度812.保留176.纬度713.回车换行27.观测场拔海高度5注：同分钟降水现象数据文件基本参数行格式。2.分钟降水现象状

23、态信息文件中每分钟为一条记录，每小时60条记录。记录号的计算方法：当H20时，N=（H-20）60+M+1；当H20时，N=（H+4）60+M+1。式中：N记录号；H北京时；M分钟。3.文件中第1条后的每一条记录，存39个要素的分钟值，以ASCII字符写入，最后两位为回车换行符，各状态位长及排列顺序见表6-4。表6-4 分钟降水现象状态信息文件各状态位长及排列顺序序号状态名字长Byte序号状态名字长Byte1.时、分（北京时）421.降水现象仪环境温度值42.自检测状态122.机箱温度状态13.外接电源状态123.机箱温度值44.蓄电池电压状态124.传感器加热15.蓄电池电压值3 25.窗口

24、污染情况16.AC-DC电压状态126.采集器运行状态17.AC-DC电压值327.AD状态18.设备/主采工作电压状态128.外接电源19.设备/主采工作电压值329.蓄电池电压110.太阳能电池板状态130.AC-DC电压111.太阳能电池板电压值331.主采主板电压112.降水传感器加热电流状态132.接收器加热113.降水传感器加热电流值233.接收器通风114.降水传感器电压状态134.发射器加热115.降水传感器电压值335.发射器通风116.设备/主采主板环境温度状态136.自检测状态117.设备/主采主板环境温度值437.接收器118.降水传感器温度状态138.发射机119.降水传感器温度值439.窗口污染120.降水现象仪环境温度状态140.回车换行2注：无传感器或停用，相应位置保持“-”字符。6.3雨滴谱数据文件6.3.1文件名IIiii_weather_YDP_value_YYMMDD.txt，其